FR2885648A1 - Controlling a vehicle engine having a turbocharger comprises controlling the supercharging pressure and a characteristic parameter of the turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de commande d'un moteur de véhiculeA method of controlling a vehicle engine
et moteur de véhicule comprenant un dispositif de suralimentation DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de l'automobile, et plus particulièrement le domaine des moteurs suralimentés, fonctionnant au diesel ou à essence. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of automobiles, and more particularly to the field of supercharged engines, operating on diesel or gasoline.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Pour augmenter la puissance d'un véhicule automobile, on peut soit augmenter la cylindrée du moteur, soit enrichir le mélange alimentant le moteur en y ajoutant de l'air comprimé par exemple. Dans cette alternative, l'air comprimé est fourni par un dispositif dit de suralimentation qui comprend un compresseur permettant d'envoyer de l'air comprimé vers les cylindres du moteur, ce compresseur étant alimenté par une source de puissance quelconque. Il existe donc différents types de dispositifs de suralimentation en fonction de la source de puissance utilisée. To increase the power of a motor vehicle, one can either increase the engine capacity or enrich the mixture feeding the engine by adding compressed air for example. In this alternative, the compressed air is supplied by a so-called supercharging device which comprises a compressor making it possible to send compressed air to the cylinders of the engine, this compressor being supplied by any power source. There are therefore different types of supercharging devices depending on the power source used.
Un turbocompresseur est un dispositif de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine jouant le rôle de source de puissance. La turbine est placée à la sortie du collecteur d'échappement et est entraînée par le gaz d'échappement issu du moteur. Le compresseur e;t monté sur le même axe que la turbine. Il comprime l'air qui entre dan:; le collecteur d'admission d'air jusqu'à l'entrée du moteur. La puissance fDurnie par les gaz d'échappement à la turbine peut être réglée en installant an élément de régulation, tel qu'une soupape de décharge ou des ailettes, qui influe sur le débit de gaz traversant la turbine ou la section de passage offerte à ces gaz. Le dispositif de suralimentation comprend en outre un dispositif de contrôle qui permet de piloter l'élément de régulation afin d'asservir la pression de suralimentation présente au niveau du collecteur d'admission d'air lié à l'entrée du moteur. A turbocharger is a supercharging device comprising a compressor and a turbine acting as a power source. The turbine is placed at the outlet of the exhaust manifold and is driven by the exhaust gas from the engine. The compressor is mounted on the same axis as the turbine. It compresses the air that enters dan :; the air intake manifold to the engine inlet. The power output from the turbine exhaust gas can be adjusted by installing a regulating element, such as a relief valve or vanes, which influences the flow of gas through the turbine or the passage section offered to the turbine. these gases. The supercharging device further comprises a control device which makes it possible to drive the regulation element in order to control the boost pressure present at the air intake manifold connected to the engine inlet.
Avec l'augmentation des performances des moteurs suralimentés, les niveaux de pression de suralimentation augmentent aussi et les turbocompresseurs sont de plus en plus sollicités. Il est donc important de piloter le plus finement possible le turbocompresseur afin d'éviter la détérioration de ce dernier et pour améliorer les performances du véhicule lors des accélérations. With the increased performance of supercharged engines, boost pressure levels are also increasing and turbochargers are becoming more and more stressed. It is therefore important to control the turbocharger as finely as possible in order to avoid the deterioration of the latter and to improve the performance of the vehicle during acceleration.
Les normes de dépollution étant de plus en plus sévères, il est important que la quantité de particules rejetées par le moteur soit la plus faible possible. Une solution qui permet de réduire la quantité de particules rejetées dans l'environnement consiste à installer un filtre à particules dans la ligne d'échappement après le turbocompresseur. Néanmoins, l'introduction d'un tel dispositif produit une augmentation de la contre pression d'échappement. En outre, cette contre pression esi: d'autant plus importante que le filtre est chargé en particules. Ce phénomène de contre pression d'échappement se traduit par une diminution des performances du moteur. The pollution control standards are becoming more severe, it is important that the amount of particles rejected by the engine is as low as possible. One solution that reduces the amount of particles released into the environment is to install a particulate filter in the exhaust line after the turbocharger. Nevertheless, the introduction of such a device produces an increase in the exhaust back pressure. In addition, this back pressure is all the more important that the filter is loaded with particles. This phenomenon of exhaust back pressure results in a decrease in engine performance.
Un but de la présente invention est donc de fournir un moteur de véhicule plus performant, et un procédé de commande d'un moteur de véhicule performant et qui permet en outre de pallier au moins à l'un des inconvénients précités. An object of the present invention is therefore to provide a more efficient vehicle engine, and a control method of a powerful vehicle engine and which also makes it possible to overcome at least one of the aforementioned drawbacks.
EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé (le commande d'un moteur de véhicule comprenant un turbocompresseur, dans lequel on contrôle une pression de suralimentation, caractérisé en ce que l'on contrôle en outre une grandeur caractéristique du turbocompresseur. SUMMARY OF THE INVENTION For this purpose, the invention provides a method (the control of a vehicle engine comprising a turbocharger, in which a supercharging pressure is controlled, characterized in that it also controls a characteristic size of the turbocharger.
Le contrôle de la puissance d'un tel moteur de véhicule va donc être beaucoup plus fin. En effet, le double contrôle, à la fois de la pression de suralimentation et d'une grandeur caractéristique du turbocompresseur, permet de régler efficacement la puissance du moteur, de façon notamment à prendre en compte l'effet de contre pression créé à la sortie de la turbine du turbocompresseur. The control of the power of such a vehicle engine will therefore be much thinner. Indeed, the double control of both the boost pressure and a characteristic quantity of the turbocharger makes it possible to regulate the power of the engine effectively, in particular to take into account the effect of counterpressure created at the output. Turbocharger turbine.
Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé de commande du moteur de véhicule selon l'invention sont les suivants: - on pilote un premier moyen de régulation en fonction Je la grandeur caractéristique du turbocompresseur pour le contrôle de la pression de suralimentation et le contrôle de la grandeur caractéristique du turbocompresseur. On peut également piloter un deuxième moyen de régulation en fonction de la pression de suralimentation pour le contrôle de la pression de suralimentation et le contrôle de la grandeur caractéristique du turbocompresseur; on pilote le premier moyen de régulation par l'intermédiaire d'un premier régulateur en fonction d'une mesure de la grandeur caractéristique du turbocompresseur et d'une consigne de la grandeur caractéristique du turbocompresseur, et on pilote le deuxième moyen de régulation par l'intermédiaire c'un deuxième régulateur en fonction d'une mesure de la pression de suralimentation et d'une consigne de pression de suralimentation; - on évalue la consigne de pression de suralimentation an fonction de données de régime moteur et de débit de carburant et en ce qu'on la corrige en fonction de mesures de la pression atmosphérique et de la température d'air entrant dans un compresseur du turbocompresseur; on évalue la consigne de la grandeur caractéristique du turbocompresseur en fonction de données de régime moteur et de débit de carburant et en ce qu'on la corrige en fonction d'une mesure de la température prélevée avant une turbine du turbocompresseur, de l'écart entre la mesure de la pression de suralimentation et la consigne de pression de suralimentation, et d'une mesure de la pression prélevée après la turbine; la grandeur caractéristique du turbocompresseur est un taux de détente dans la turbine. Preferred but non-limiting aspects of the control method of the vehicle engine according to the invention are the following: a first control means is controlled according to the characteristic size of the turbocharger for the control of the boost pressure and the control of the the characteristic size of the turbocharger. It is also possible to control a second regulation means as a function of the supercharging pressure for the control of the boost pressure and the control of the characteristic quantity of the turbocharger; the first regulating means is controlled by means of a first regulator as a function of a measurement of the characteristic quantity of the turbocharger and of an instruction of the characteristic quantity of the turbocompressor, and the second regulating means is controlled by the intermediate a second regulator according to a measurement of the boost pressure and a boost pressure setpoint; the booster pressure setpoint is evaluated as a function of engine speed and fuel flow data and is corrected as a function of measurements of the atmospheric pressure and the air temperature entering a compressor of the turbocharger ; the reference value of the turbocharger characteristic value is evaluated on the basis of engine speed and fuel flow data and is corrected according to a measurement of the temperature taken before a turbocharger turbine, of the difference between the measurement of the boost pressure and the boost pressure setpoint, and a measurement of the pressure taken after the turbine; the characteristic size of the turbocharger is an expansion ratio in the turbine.
On prévoit en outre un moteur de véhicule comprenant un turbocompresseur, et un dispositif de régulation apte à contrôler une pression de suralimentation, caractérisé en ce que le dispositif de régulation est apte à contrôler en outre une grandeur caractéristique du turbocompresseur. There is further provided a vehicle engine comprising a turbocharger, and a control device adapted to control a boost pressure, characterized in that the control device is adapted to further control a characteristic quantity of the turbocharger.
Des aspects préférés mais non limitatifs du moteur de véhicule selon l'invention sont les suivants: le dispositif de régulation comprend au moins deux moyens de régulation commandés par une unité de contrôle; l'unité de contrôle comprend un premier régulateur agencé pour piloter le premier moyen de régulation en fonction d'une mesure de la grandeur caractéristique du turbocompresseur et d'une consigne de la grandeur caractéristique du turbocompresseur; l'unité de contrôle comprend un deuxième régulateu - agencé pour piloter le deuxième moyen de régulation en fonction d'une mesure de la pression de suralimentation et d'une consigne de pression de suralimentation; les premier et deuxième régulateurs comprennent respectivement un élément à logique floue; le moteur de véhicule est agencé de sorte que IE consigne de pression de suralimentation soit évaluée en fonction cle données de régime moteur et de débit de carburant et soit corrigée en fonction de mesures de la pression atmosphérique et de la température d'air entrant dans un compresseur du turbocompresseur; le moteur de véhicule est agencé de sorte que la consigne de la grandeur caractéristique du turbocompresseur soit: évaluée en fonction de données de régime moteur et de débit da carburant et soit corrigée en fonction d'une mesure de la température prélevée avant une turbine du turbocompresseur, de l'écart entre la mesure de la pression de suralimentation et la consigne de pression de suralimentation, et d'une mesure de la pression prélevée après la turbine; la grandeur caractéristique du turbocompresseur est un taux de détente dans la turbine; le moteur comprend une soupape de décharge placée en dérivation de la turbine, et en ce que le turbocompresseur est un turbocompresseur à géométrie variable comportant des ailettes, la soupape de décharge formant le premier moyen de régulation et les ailettes formant le deuxième moyen de régulation, ou inversement. Preferred but non-limiting aspects of the vehicle engine according to the invention are the following: the control device comprises at least two control means controlled by a control unit; the control unit comprises a first regulator arranged to control the first regulating means as a function of a measurement of the characteristic quantity of the turbocharger and of a reference of the characteristic quantity of the turbocompressor; the control unit comprises a second regulateu - arranged to control the second control means according to a measurement of the boost pressure and a boost pressure setpoint; the first and second controllers respectively comprise a fuzzy logic element; the vehicle engine is arranged so that the boost pressure setpoint is evaluated as a function of the engine speed and fuel flow data and is corrected according to measurements of the atmospheric pressure and the air temperature entering a vehicle. turbocharger compressor; the vehicle engine is arranged so that the reference value of the turbocharger's characteristic quantity is: evaluated according to engine speed and fuel flow data and is corrected according to a measurement of the temperature taken before a turbine of the turbocharger , the difference between the measurement of the boost pressure and the boost pressure setpoint, and a measurement of the pressure taken after the turbine; the characteristic size of the turbocharger is an expansion ratio in the turbine; the engine comprises a relief valve placed in a bypass of the turbine, and in that the turbocharger is a variable geometry turbocharger comprising fins, the discharge valve forming the first regulating means and the fins forming the second regulating means, Or vice versa.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue au regard des dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue schématique d'un moteur de véhicule selon l'invention; - La figure 2a représente le fonctionnement d'ur dispositif de régulation du moteur de véhicule selon un premier mode de réalisation d'invention; - La figure 2b représente le fonctionnement d'ur dispositif de régulation du moteur de véhicule selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; La figure 3 représente schématiquement un dispositif de régulation au sein d'un moteur de véhicule au sens de l'invention; - La figure 4 est un schéma détaillé du dispositif de régulation du moteur de véhicule selon le mode de réalisation de la figure 2a; - La figure 5 est une représentation schématique dB l'élaboration de la consigne de pression de suralimentation; - La figure 6 est une représentation schématique de l'élaboration de la consigne du taux de détente dans la turbine; - La figure 7 est une vue schématique illustrant le fonctionnement d'un élément à logique floue d'un régulateur du dispositif de régulation; - La figure 8 illustre l'étape de fuzzification; - La figure 9 représente une fonction d'appartenance résultante utilisée dans l'étape d'inférence; - La figure 10 est un exemple de calcul du centre de gravité de la fonction d'appartenance au sein de la phase de défuzzification; - La figure 11 représente la structure détaillée d un élément à logique floue d'un régulateur du dispositif de régulation. Other features and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting and should be read with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic view of a motor; vehicle according to the invention; FIG. 2a shows the operation of a vehicle engine control device according to a first embodiment of the invention; FIG. 2b shows the operation of a vehicle engine control device according to a second embodiment of the invention; FIG. 3 diagrammatically represents a control device within a vehicle engine within the meaning of the invention; FIG. 4 is a detailed diagram of the vehicle engine control device according to the embodiment of FIG. 2a; FIG. 5 is a schematic representation of the development of the boost pressure setpoint; - Figure 6 is a schematic representation of the development of the set point of expansion in the turbine; FIG. 7 is a schematic view illustrating the operation of a fuzzy logic element of a regulator of the regulating device; FIG. 8 illustrates the fuzzification stage; FIG. 9 represents a resulting membership function used in the inference step; FIG. 10 is an example of calculating the center of gravity of the membership function within the defuzzification phase; FIG. 11 represents the detailed structure of a fuzzy logic element of a regulator of the regulating device.
DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 1 est une vue schématique d'un moteur 1 ce véhicule, ce moteur 1 pouvant par exemple être un moteur à combustion interne. Le moteur 1 est alimenté en air frais par une entrée A et il rejette les gaz brûlés par un échappement E. Le moteur 1 est suralimenté par un dispositif de sura imentation qui sera par exemple un turbocompresseur 2. Le turbocompresseur 2 comprend un compresseur 3 et une turbine 4 montés sur un même axe. Un collecteur d'admission d'air 5 est en outre prévu entre la sortie du compresseur 3 et l'entrée du moteur 1. Un collecteur d'échappement de gaz 6 permet quant à lui de relier la sortie du moteur 1 à l'entrée de la turbine 4. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION FIG. 1 is a schematic view of a motor 1, this vehicle, this engine 1 possibly being, for example, an internal combustion engine. The engine 1 is supplied with fresh air by an inlet A and it rejects the exhaust gases by an exhaust E. The engine 1 is supercharged by a superimposing device which will be for example a turbocharger 2. The turbocharger 2 comprises a compressor 3 and a turbine 4 mounted on the same axis. An air intake manifold 5 is further provided between the outlet of the compressor 3 and the inlet of the engine 1. A gas exhaust manifold 6 makes it possible for it to connect the output of the engine 1 to the inlet of the turbine 4.
Un filtre à air 8 peut être prévu avant l'entrée du compresseur 3 afin de filtrer l'air frais entrant dans le compresseur 3. L'air ainsi filtré est ensuite comprimé dans le compresseur 3 et envoyé en direction c u moteur 1 à travers un collecteur d'admission d'air 5. An air filter 8 may be provided before the inlet of the compressor 3 in order to filter the fresh air entering the compressor 3. The air thus filtered is then compressed in the compressor 3 and sent towards the engine 1 through a air intake manifold 5.
Un échangeur 9 peut être placé entre le compresseur 3 et le collecteur d'admission d'air 5 pour refroidir l'air comprimé. An exchanger 9 can be placed between the compressor 3 and the air intake manifold 5 for cooling the compressed air.
La combustion qui a lieu dans le moteur 1, notamment grâce à l'air comprimé entrant par l'intermédiaire du collecteur d'admission d'air 5, produit des gaz d'échappement qui alimentent la turbine 4 par l'intermédiaire du collecteur d'échappement de gaz 6. Ces gaz d'échappement vont donc entraîner la turbine 4 qui va par conséquent générer la puissance nécessaire à l'alimentation du compresseur 3. The combustion which takes place in the engine 1, in particular thanks to the compressed air entering via the air intake manifold 5, produces exhaust gases which supply the turbine 4 via the collector. 6. These exhaust gases will therefore drive the turbine 4 which will therefore generate the power required to supply the compressor 3.
Avant de parvenir à l'échappement E, les gaz d'échappement ayant traversés la turbine 4 traversent un filtre à particules 7 placé entre la turbine 4 et l'échappement E. Le moteur 1 de véhicule comprend en outre un dispositif de régulation 13. Before reaching the escapement E, the exhaust gas having passed through the turbine 4 passes through a particulate filter 7 placed between the turbine 4 and the exhaust E. The vehicle engine 1 furthermore comprises a regulating device 13.
Il en effet important de pouvoir régler la puissance d moteur 1, et donc la puissance fournie par les gaz d'échappement. Le contrôle de la pression de suralimentation Ps prélevée au niveau du collecteur d'admission d'air 5 permet d'agir directement sur la puissance des gaz d'échappement. It is indeed important to be able to adjust the power of the engine 1, and therefore the power provided by the exhaust gas. The control of the supercharging pressure Ps taken at the air intake manifold 5 allows to act directly on the power of the exhaust gas.
Par ailleurs, le filtre à particules 7, placé dans la ligne c"échappement 10 après le turbocompresseur 2, produit une augmentation de la contre pression d'échappement en fonction de la quantité de particules contenue dans le filtre. Cette contre pression d'échappement se traduit vis-à-vis du turbocompresseur 2 par une réduction du taux de détente dans la turbine 4, et donc aussi par une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement et une diminution des performances du moteur 1. Pour obtenir un niveau de performance du moteur 1 constant, quelle que soit la quantité de particules présente au sein du filtre à particules 7, le taux de détente dans la turbine 4 doit être maintenu constant. La cornpensation de la réduction du taux de détente dans la turbine 4, due à l'augmentation de la contre pression d'échappement, pourra se faire par exemple en augmentant la pression avant la turbine 4. Furthermore, the particulate filter 7, placed in the exhaust line 10 after the turbocharger 2, produces an increase in the exhaust backpressure as a function of the quantity of particles contained in the filter. is translated vis-à-vis the turbocharger 2 by reducing the rate of expansion in the turbine 4, and thus also by a reduction in the power provided by the exhaust gas and a decrease in the performance of the engine 1. To obtain a constant level of performance of the engine 1, regardless of the quantity of particles present in the particulate filter 7, the expansion ratio in the turbine 4 must be kept constant The compensation of the reduction of the expansion ratio in the turbine 4 due to the increase of the exhaust backpressure can be done for example by increasing the pressure before the turbine 4.
2885648 8 Le dispositif de régulation 13 a donc pour but d'agir à la fois sur la pression de suralimentation Ps mais aussi sur grandeur caractéristique du turbocompresseur 2. Pour ce faire, l'action du dispositif de régulation 13 doit se faire non seulement en fonction de la pression de suralimentation Ps mais aussi en fonction de la grandeur caractéristique du turbocompresseur 2. The regulation device 13 is therefore intended to act on both the supercharging pressure Ps but also on the characteristic quantity of the turbocharger 2. To do this, the action of the regulation device 13 must be done not only in depending on the supercharging pressure Ps but also on the characteristic variable of the turbocharger 2.
Le dispositif de régulation 13 comprend deux moyen:; de régulation permettant d'agir sur la pression de suralimentation Ps et sur la grandeur caractéristique choisie du turbocompresseur. Disposant de deux variables de régulation, à savoir la pression de suralimentation Ps et la grandeur caractéristique choisie du turbocompresseur 2, le pilotage des; deux moyens de régulation est possible. The regulating device 13 comprises two means: control device acting on the supercharging pressure Ps and on the selected characteristic of the turbocharger. Having two control variables, namely the supercharging pressure Ps and the selected characteristic of the turbocharger 2, the driving of; two regulation means is possible.
Le dispositif de suralimentation peut être un turbocompresseur 2 à géométrie variable 11. Ainsi, les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11 constituent un premier moyen de régulation. L'autre moyen de régulation utilisé peut alors être une soupape de décharge 12, encore appelée waste-gate, qui est montée en dérivation de la turbine 4, c'est à dire entre le collecteur d'échappement de gaz 6 et la ligne d'échappement 10. The supercharging device may be a turbocharger 2 with a variable geometry 11. Thus, the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11 constitute a first regulating means. The other regulating means used can then be a discharge valve 12, also called a waste-gate, which is mounted as a bypass of the turbine 4, ie between the gas exhaust manifold 6 and the gas line. exhaust 10.
Le choix de la grandeur caractéristique du turbocompresseur 2 jouant le rôle de variable de régulation est multiple. On peut en effet choisir indifféremment: - la pression Pi-r avant la turbine 4 ou avant la soupape de décharge 12; la pression différentielle aux bornes de la turbina 4 ou de la soupape de décharge 12 (=P1T - P2T, avec P2T la pression après la turbine 4 ou après la soupape de décharge 12) ; le taux de détente P,T dans la turbine 4 ou dans la soupape de décharge 12 (=PST/P2T, avec P2T la pression après la turbine 4 ou après la soupape de décharge 12) ; la position des ailettes (géométrie variable 11) ; le rendement dans la turbine; la puissance prélevée par la turbine; la vitesse de rotation du turbocompresseur 2; - le débit traversant la soupape de décharge 12; la position de la soupape de décharge 12; etc. Dans le mode de réalisation présenté dans ce docume'it, la grandeur 10 caractéristique du turbocompresseur 2 est le taux de déten:e P;T dans la turbine 4 ou dans la soupape de décharge 12. The choice of the characteristic quantity of the turbocharger 2 playing the role of regulation variable is multiple. One can indeed choose indifferently: the pressure Pi-r before the turbine 4 or before the discharge valve 12; the differential pressure at the terminals of the turbine 4 or the discharge valve 12 (= P1T-P2T, with P2T the pressure after the turbine 4 or after the discharge valve 12); the expansion ratio P, T in the turbine 4 or in the discharge valve 12 (= PST / P2T, with P2T the pressure after the turbine 4 or after the discharge valve 12); the position of the fins (variable geometry 11); the efficiency in the turbine; the power taken up by the turbine; the rotational speed of the turbocharger 2; the flow rate passing through the discharge valve 12; the position of the relief valve 12; etc. In the embodiment presented in this document, the characteristic quantity of the turbocharger 2 is the P: T holding rate in the turbine 4 or in the discharge valve 12.
Dans ce dispositif, la fonction régulation de la puissance du moteur passant par le contrôle de la pression de suralimentation Ps et du taux de détente P;T dans la turbine 4 est donc assurée par deux boucles de régulation: une boucle sur la pression de suralimentation P:; et une autre sur le taux de détente P;T dans la turbine 4. In this device, the function of regulating the power of the motor passing through the control of the supercharging pressure Ps and the P: T expansion ratio in the turbine 4 is therefore ensured by two control loops: a loop on the supercharging pressure. P :; and another on the P: T expansion ratio in the turbine 4.
Les affectations des variables de régulation aux moyens de régulation n'excluent aucune possibilité. En effet, la pression de suralimentation Ps est soit affectée au pilotage du premier moyen de régulation, soit au pilotage du deuxième moyen de -égulation, et inversement pour le taux de détente P;T dans la turbine 4. The assignments of the control variables to the control means do not exclude any possibility. In fact, the supercharging pressure Ps is either assigned to the control of the first regulation means, or to the control of the second means of regulation, and vice versa for the expansion ratio P; T in the turbine 4.
Deux cas de régulation sont donc possibles, comme le montrent les figures 2a et 2b. Two cases of regulation are therefore possible, as shown in Figures 2a and 2b.
La figure 2a schématise le cas où les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11 sont pilotées par un régulateur d'ailettes RTGV en fonction de la pression de suralimentation Ps. La soupape de décharge 12 est pilotée quant à elle par un régulateur de soupape de décharge RWG en fonction du taux de détente P;T dans la turbine 4. FIG. 2a shows schematically the case where the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11 are driven by an RTGV fin regulator as a function of the supercharging pressure Ps. The relief valve 12 is driven by a valve regulator RWG discharge as a function of the P: T expansion ratio in the turbine 4.
La figure 2b met en évidence le cas où les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 10 est pilotée par un régulateur d'ailettes RTGV en fonction du taux de détente P;T dans la turbine 4, et où la soupape de décharge 12 est pilotée par un régulateur de soupape de décharge RWG en fonction de la pression de suralimentation Ps. FIG. 2b shows the case where the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 10 are driven by an RTGV fin regulator as a function of the expansion ratio P: T in the turbine 4, and where the discharge valve 12 is driven by a discharge valve regulator RWG according to the boost pressure Ps.
Le dispositif de régulation 13 comprend une unité de contrôle 14, tel qu'une unité de calcul électronique UCE. Considérons le mode de réalisation de l'invention selon la figure 2a, en choisissant comme grandeur caractéristique du turbocompresseur 2 le taux de détente P;T dans la turbine 4. The regulating device 13 comprises a control unit 14, such as an electronic calculation unit ECU. Consider the embodiment of the invention according to Figure 2a, choosing as the characteristic quantity of the turbocharger 2 the expansion ratio P; T in the turbine 4.
Dans ce mode de réalisation, l'unité de calcul électronique UCE, telle que représentée à la figure 3, inclut le régulateur RTGV pilotant les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11 pour réguler la pression de suralimentation Ps, et le régulateur RWG pilotant la soupape de décharge 12 pour réguler le taux de détente P;T dans la turbine 4. In this embodiment, the electronic computing unit UCE, as represented in FIG. 3, includes the RTGV regulator controlling the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11 for regulating the supercharging pressure Ps, and the RWG regulator controlling the discharge valve 12 for regulating the expansion ratio P; T in the turbine 4.
Le régulateur RTGV minimise l'écart entre la consigne de pression de suralimentation Ps ions. et la mesure Ps mes. de la pression de suralimentation en pilotant les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11. Le régulateur RWG minimise l'écart contre la consigne P;T cons. et la mesure P;Tmes. du taux de détente dans la turbine 4 en pilotant la soupape de décharge 12 du turbocompresseur 2. The RTGV regulator minimizes the difference between the Ps ions boost pressure setpoint. and the measure Ps mes. boost pressure by controlling the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11. The RWG regulator minimizes the difference against the setpoint P; T cons. and the measure P; the expansion ratio in the turbine 4 by controlling the discharge valve 12 of the turbocharger 2.
La pression de suralimentation Ps mes. est mesurée directement par un capteur de pression qui est placé sur le collecteur d'admission d'air 5. The supercharging pressure Ps mes. is measured directly by a pressure sensor which is placed on the air intake manifold 5.
Le taux de détente P;T dans la turbine 4 peut être mesuré de 25 différentes manières: de manière directe, en faisant le rapport entre la pression P1T mes. avant la turbine 4 et la pression P2T mes. prélevée après la turbine 4 et avant le filtre à particule 7. The P: T expansion ratio in the turbine 4 can be measured in different ways: directly, by relating the pressure P1T mes. before the turbine 4 and the pressure P2T mes. taken after the turbine 4 and before the particle filter 7.
PT = PT mes. mes l' 2T mes.PT = PT my. my 2T my.
de manière indirecte, en additionnant la pression de suralimentation Ps mes. à la pression différentielle P1T/S mes. au borne du circuit EGR, sur la pression P2T mes. prélevée après la turbine 4 et avant le filtre à particule 7; PT es. indirectly, by adding the supercharging pressure Ps mes. at the differential pressure P1T / S mes. at the terminal of the EGR circuit, on the pressure P2T mes. taken after the turbine 4 and before the particle filter 7; PT es.
PS mes. + PT / S mes.PS my. + PT / S my.
P2T mes.P2T my.
La consigne de pression de suralimentation Ps cons. est calculée en fonction du régime moteur RM et du débit de carburant DC. Cette consigne est ensuite corrigée en fonction de la pression atmosphérigje PA et de la température d'air Tc entrant dans le compresseur 3. Boost pressure setpoint Ps cons. is calculated based on the engine speed RM and the fuel flow DC. This setpoint is then corrected according to the atmospheric pressure PA and the air temperature Tc entering the compressor 3.
Ces deux corrections diminuent la consigne de pression de suralimentation Ps cons. pour limiter le régime du turbocompresseur 2 en fonction de l'altitude et de la température ambiante. La figure 5 représente de manière schématique le calcul de cette consigne de pression de suralimentation Ps cons. qui utilise des données relatives au régime moteur RM, au débit carburant DC, à la pression atmosphérique PA, et à la température d'air Tc entrant dans le compresseur 3. These two corrections reduce the supercharging pressure set point Ps cons. to limit the speed of the turbocharger 2 according to the altitude and the ambient temperature. FIG. 5 schematically represents the calculation of this supercharging pressure set point Ps cons. which uses data relating to the engine speed RM, the fuel flow DC, the atmospheric pressure PA, and the air temperature Tc entering the compressor 3.
La consigne de taux de détente P;T cons. dans la turbine 4 est calculée 20 en fonction du régime moteur RM et du débit de carburant DC. Cette consigne ensuite corrigée en fonction: - de la température TT avant la turbine 4; - de la pression P2T mes. prélevée après la turbine 4 e.: avant le filtre à particule 7; - de l'écart de pression de suralimentation eps (= Ps cons. Ps mes.). The reference rate of expansion P; T cons. in the turbine 4 is calculated as a function of the engine speed RM and the fuel flow DC. This instruction then corrected according to: the temperature TT before the turbine 4; - P2T pressure mes. taken after the turbine 4 e .: before the particle filter 7; - the boost pressure difference eps (= Ps cons Ps mes.).
La figure 6 schématise graphiquement l'élaboration de la consigne du taux de détente P;T cons. dans la turbine 4. FIG. 6 schematizes graphically the elaboration of the setpoint of the expansion ratio P; T cons. in the turbine 4.
Dans le cas où le dispositif de régulation 13 du moteur 1 comprend 30 un seul moyen de régulation, un seul régulateur est utilisé. Le régulateur le plus couramment utilisé est de type PID (Proportionnelle, Intégrale et Dérivée). II existe néanmoins d'autres types de régulateurs; certains sont en effet caractérisés par une architecture comportant un élément à logique floue RLF, tel que décrit dans la demande de breNet d'invention EP-1365132. In the case where the regulating device 13 of the motor 1 comprises only one regulating means, only one regulator is used. The most commonly used regulator is PID (Proportional, Integral and Derivative). There are, however, other types of regulators; some are in fact characterized by an architecture comprising a fuzzy logic element RLF, as described in the invention patent application EP-1365132.
Ainsi, même si, pour un dispositif de régulation 13 utilisant une double boucle de régulation comme dans la présente invention, l'utilisation de régulateurs PID n'est pas exclue, il sera préférable d'utiliser des régulateurs comprenant un élément à logique floue RLF. Thus, even if, for a control device 13 using a double control loop as in the present invention, the use of PID controllers is not excluded, it will be preferable to use controllers comprising a fuzzy logic element RLF .
L'utilisation d'autres types de régulateurs pourrait également être envisagée. The use of other types of regulators could also be considered.
La figure 4 représente le dispositif de régulation 13 selon le mode de réalisation de la figure 2a, en détaillant plus particulièrement es régulateurs RTGV et RWG. Dans cet exemple de régulation, on a considéré des régulateurs RTGV et RWG comprenant chacun un élément à logique floue RLF, chaque élément à logique floue RLF ayant le mêrre principe de fonctionnement. FIG. 4 shows the regulation device 13 according to the embodiment of FIG. 2a, more particularly detailing the RTGV and RWG controllers. In this control example, RTGV and RWG controllers each comprising a fuzzy logic element RLF have been considered, each fuzzy logic element RLF having the same operating principle.
Un élément à logique floue RLF n'a pas de relation mathématique bien définie comme un régulateur PID, mais il utilise des inférences. Ces inférences sont une série de règles linguistique de la forme 3i... alors... . A fuzzy logic element RLF has no well-defined mathematical relationship as a PID regulator, but uses inferences. These inferences are a series of linguistic rules of the form 3i ... so ....
La figure 7 détaille les différentes étapes de calcul réalisées dans l'élément à logique floue RLF. On se place dans le cas cle l'élément à logique floue RLF du RTGv, ayant pour donnée d'entrée la consigne de pression de suralimentation PS cons. et la mesure de suralimentation Ps mes.. Figure 7 details the different calculation steps performed in the fuzzy logic element RLF. In the case of the fuzzy logic element RLF of the RTGv, the input value is the boost pressure set point PS cons. and the supercharging measure Ps mes ..
Les trois étapes successives de calcul au sein d'un élément à logique floue RLF sont la fuzzification, l'inférence, la défuzzication. The three successive stages of computation within a fuzzy logic element RLF are fuzzification, inference, defuzzication.
La fuzzification permet le traitement de l'erreur de 13 pression de 30 suralimentation sPs et de sa dérivée sPs. L'erreur de l2 pression de suralimentation ePs est égale à l'écart entre la consigne de pression de suralimentation Ps cons et de la pression de suralimentation mesurée Ps mes.. Fuzzification allows the treatment of the sPs overpressure pressure error and its sPs derivative. The error of 12 boost pressure ePs is equal to the difference between the boost pressure set point Ps cons and the boost pressure measured Ps Mes ..
Ps PS cons. PS mes. __ Ps sPS unité de temps Après mise à l'échelle, sPS et éPs seront notés respectivement xel et xe2. La figure 8 illustre l'étape de fuzzification. La fuzzication fournit comme résultat les variables floues xsl et xs2, où xsl et xs2 sont des vecteurs de dimension 3. II est à constater sur la figure 8 que les domaines des entrées xel et xe2 sont bornés entre -1 et 1. C'est pourquoi la mise à l'échelle de l'erreur sPS et de la dérivée de l'erreuréps, avant de les appliquer à l'entrée de la fuzzification, est nécessaire. Lors de la fuzzification, trois ensembles sont introduits par des fonctions d'appartenance notées NG, EZ et PG, où NG=négatif grand, EZ=environ 0 et PG= positif grand. PS PS cons. PS my. __ PS sPS time unit After scaling, sPS and ePs will be denoted xel and xe2, respectively. Figure 8 illustrates the fuzzification step. Fuzzication gives as a result the fuzzy variables xsl and xs2, where xsl and xs2 are vectors of dimension 3. It is to be noted on figure 8 that the domains of the xel and xe2 inputs are bounded between -1 and 1. why scaling the sPS error and the derivative of the error, before applying them to the fuzzification input, is necessary. During fuzzification, three sets are introduced by membership functions denoted NG, EZ and PG, where NG = large negative, EZ = about 0 and PG = positive large.
La résolution et le comportement du RLF peuvent être améliorée en augmentant le nombre de fonctions d'appartenance. The resolution and behavior of the RLF can be improved by increasing the number of membership functions.
L'étape d'inférence traite les variables floues xsl et:xs2 issues de l'étape de fuzzification. Ces variables floues xsl et xs2 sont liées par plusieurs règles qui doivent tenir compte du comportement statique et dynamique de la régulation de suralimentation. La sortie de l'inférence est l'information floue notée xr. The inference step processes the fuzzy variables xsl and: xs2 from the fuzzification stage. These fuzzy variables xsl and xs2 are linked by several rules that must take into account the static and dynamic behavior of the boost regulation. The output of the inference is the fuzzy information noted xr.
Le comportement de la régulation de la pression de suralimentation Ps dépend essentiellement des règles d'inférences adoptées. Les règles d'inférences sont décrites de manière explicite par la description linguistique. Une règle est composée d'une condition et d'une conclusion pouvant être formulée par les symboles: Si... alors... . The behavior of the regulation of the supercharging pressure Ps depends essentially on the rules of inference adopted. The inference rules are explicitly described by the linguistic description. A rule is composed of a condition and a conclusion that can be formulated by the symbols: If ... then ....
Avec les deux entrées xel et xe2 et les trois niveaux d'appartenance NG, EZ, et PG, nous avons neuf règles d'inférences. La formulation des neuf inférences dépend du comportement du circuit de suralimentation, ainsi que des objectifs de réglages envisagés. La formulation des neuf inférences pourrait être la suivante: xr= SI (xsl =NG ET xs2=NG) ALORS xr=NG, OU SI (xsl =NG ET xs2=EZ) ALORS xr=NG, OU SI (xsl =NG ET xs2=PG) ALORS xr=EZ, OU SI (xsl =EZ ET xs2=NG) ALORS xr=NG, OU SI (xs1=EZ ET xs2=EZ) ALORS xr=EZ, OU SI (xsl =EZ ET xs2=PG) ALORS xr=PG, OU SI (xsl =PG ET xs2=NG) ALORS xr= EZ, OU SI (xsl =PG ET xs2=EZ) ALORS xr= PG, OU SI (xsl =PG ET xs2=PG) ALORS xr=PG. With the two entries xel and xe2 and the three levels of membership NG, EZ, and PG, we have nine inference rules. The formulation of the nine inferences depends on the behavior of the supercharging circuit, as well as the adjustment objectives envisaged. The formulation of the nine inferences could be: xr = SI (xsl = NG AND xs2 = NG) THEN xr = NG, OR IF (xsl = NG AND xs2 = EZ) THEN xr = NG, OR IF (xsl = NG AND xs2 = PG) THEN xr = EZ, OR IF (xsl = EZ AND xs2 = NG) THEN xr = NG, OR IF (xs1 = EZ AND xs2 = EZ) THEN xr = EZ, OR IF (xsl = EZ AND xs2 = PG) THEN xr = PG, OR IF (xsl = PG AND xs2 = NG) THEN xr = EZ, OR IF (xsl = PG AND xs2 = EZ) THEN xr = PG, OR IF (xsl = PG AND xs2 = PG) THEN xr = PG.
Cet exemple peut être résumé dans le tableau ci-après: xr xsl This example can be summarized in the following table: xr xsl
NG EZ PGNG EZ PG
xs2 NG NG NG EZxs2 NG NG NG EZ
EZ NZ EZ PGEZ NZ EZ PG
PG EZ PG PGPG EZ PG PG
Le jeu d'inférence étant choisi, il faut le traduire pour permettre un traitement numérique. Il existe plusieurs méthodes d'inférence qui permettent d'obtenir une fonction d'appartenance résultante fKr(xr) telle que représentée à la figure 9. Cette fonction d'appartenance résultante est une information floue qu'il va donc falloir encore transformer. The inference game being chosen, it must be translated to allow digital processing. There are several inference methods that make it possible to obtain a resulting membership function fKr (xr) as represented in FIG. 9. This resulting membership function is a fuzzy information that will therefore have to be transformed again.
L'étape de défuzzification permet de transformer l'information floue issue de l'étape d'inférence en signaux de commande. La valeur floue xr est donc transformée en une valeur déterminée u, qui permettra, par exemple, de commander les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11, par l'intermédiaire du régulateur RTGV. The defuzzification step makes it possible to transform the fuzzy information resulting from the inference step into control signals. The fuzzy value xr is therefore transformed into a determined value u, which will make it possible, for example, to control the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11, via the regulator RTGV.
La méthode de défuzzification la plus utilisée e:;t celle de la détermination du centre de gravité des fonctions d'appartenance fxr(xr). Il suffit donc de calculer l'abscisse du centre de gravité. Cett a méthode est représentée graphiquement sur la figure 10. The most used defuzzification method is that of determining the center of gravity of the membership functions fxr (xr). It is therefore sufficient to calculate the abscissa of the center of gravity. This method is represented graphically in Figure 10.
Le calcul de l'abscisse du centre de gravité peut être réalisé à l'aide de la relation suivante: f xrl.fxrl(xrl).dxrl u1=' f fxrl(xrl).dx La figure 11 représente la structure détaillée de l'élérient à logique flou RLF pour le régulateur RTGV agissant sur les ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11, en fonction de la pression de suralimentation Ps. The computation of the abscissa of the center of gravity can be carried out using the following relation: f xrl.fxrl (xrl) .dxrl u1 = 'f fxrl (xrl) .dx Figure 11 shows the detailed structure of the RLF fuzzy logic for the RTGV regulator acting on the fins of turbocharger 2 with variable geometry 11, depending on the supercharging pressure Ps.
Par rapport à un régulateur PID, l'élément alogique flou RLF permet de supprimer les parties proportionnelles et dérivées mais la partie intégrale est maintenue. With respect to a PID regulator, the blurred alogic element RLF makes it possible to suppress the proportional and derivative parts but the integral part is maintained.
En outre, pour améliorer le temps de réponse de la boucle de régulation, une valeur de prépositionnement XTGV des ailettes du turbocompresseur 2 à géométrie variable 11 peut être ajoutée au régulateur RTGV. Cette valeur de prépositionnement XTGV dépend de données concernant le régime moteur RM et le débit carburant DC. In addition, to improve the response time of the control loop, an XTGV prepositioning value of the vanes of the turbocharger 2 with variable geometry 11 can be added to the RTGV regulator. This XTGV prepositioning value depends on data concerning the engine speed RM and the fuel flow DC.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée du procédé de commande d'un moteur de véhicule et du moteur de véhicule selon l'invention. The reader will understand that many changes can be made without materially escaping the new lessons and benefits described here. Therefore, all modifications of this type are intended to be incorporated within the scope of the control method of a vehicle engine and the vehicle engine according to the invention.
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